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《硅基linbo_3薄膜的微结构研究_卢焕明》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第20卷第4期无机材料学报Vol.20,No.4.2005年7月JournalofInorganieMaterialsu,Jl2005一一一文章编号:1000324X(2005)04097105NbO3硅基LI薄膜的微结构研究,,,,卢焕明叶志镇黄靖云汪雷赵炳辉,(浙江大学硅材料国家重点实脸室杭州31027):,摘要利用透射电子显微镜及X射线衍射研究脉冲激光沉积技术(PLD)在Si(001)衬底.,、,上生长LINbO3薄膜的微结构结果表明在600oC的衬底温度30Pa的氧分压条件下在,.硅片表面snm厚的非晶氧化层上生长的薄膜为c轴择优取向的单相LINb03晶体本文还讨.论了
2、获得c轴择优取向LINbO3薄膜的生长机理:关键词LINbO3薄膜,透射电子显微镜,PLD技术;::中图分类号TN304文献标识码A1引言3,、、LINbO(LN)是一种人工合成的铁电晶体具有优良的压电电光声光性能和较大的非、、.,线性光学效应是一种在声学光学光通讯以及光集成和非线性光学等领域的重要材料1一3}常温下LN晶体的空间点群为R3c,通常按六角晶系取其晶胞(a=0.5148nm,c二1.3863nm),自c.目前有关,极化方向与轴平行LN的光波导和声表面波器件大多是基于体单晶开发的而,,,LN薄膜与体材料相比较易做成多层结构获得陡峭的折射率界面和大的折射率差对薄,、膜
3、进行选择性的掺杂也比较方便因此在光波导光调制和声表面波方面有广阔的应用前景.,、、、3自80年代以来人们用各种方法在蓝宝石LITaOMgOSi等衬底上生长LN薄,、,、一一,]oCvD156}501gez[7]和膜如液相外延金属有机物化学气相外延(M)溶胶凝胶()脉冲激光沉积(PLD)[s,闺等·其中,PLD技术具有独特的优点,如生长的衬底温度比较低,易于获得与靶材成分一致的优质外延层.而使用LN,Si作为衬底生长薄膜还具有非常重要的实际应用价值,可以与目前成熟的硅集成电路工艺相兼容,制成光电集成器件.此外,,,LN是一种各向异性的材料c轴方向有最大的线性电光效应系数和非线性光
4、学系数最大,,的机电祸合系数和最大的弹性系数因此C轴取向的LN薄膜材料有利于提高器件的性能.目前,高质量LN薄膜的生长仍然是研究的热点,器件性能取决于LN薄膜的晶体质量,、以及薄膜的显微结构薄膜晶体的不均匀性表面粗糙度与界面不平整度等因素是造成光散射的主要原因,从而造成了光学器件的损耗,因此,微结构的研究对于LN薄膜的应用具有重要意义.本文利用电子显微镜(TEM)和X射线衍射(xRD)PLD法在Si(001)衬研究了,.c底上生长的LN薄膜的微结构并讨论了轴择优取向生长机理:一一,:一一收稿日期20040511收到修改稿B期20041129:国家自然科学基金重大研究计划(;20
5、046墓金项目90101009)浙江省留学回国基金()·,,,.;·一:卢焕明(1963一)男硕士副研究员通信联系人叶志镇EmaiLyez@zju.educn作者简介972无机材料学报20卷2实验过程,,用PLD技术生长LN薄膜以多晶LN作为靶材采用KrF准分子激光器作为沉积,,,光源脉冲激光器输出的激光波长为248nm激光单脉冲能量为260~280mJ激光重复频率,,.z为3H激光束通过透镜聚焦到达多晶LN靶材表面衬底与靶之间的距离约4cm衬底为.,..762em45mm,20、35Oe单面抛光P型(001)硅片厚度为o电阻率为m单晶硅片先经RCA法清洗后,放入沉积室.在10
6、Pa的氧气压强和800oC的衬底温度下,原位加热氧化生长510:过渡层.然后调整氧气压强与衬底温度,利用激光脉冲沉积LN,,,,11薄膜60min生长过程中的氧气压强及衬底温度对薄膜的影响参见已发表的论文[l0]本文中采用优化的生长工艺,氧气压强为30Pa,衬底温度为600oC,生长过程中保持氧气流动.在PhihPsCM20一uT高分辨电镜上进行电镜分析,加速电压为200kV.为制作电镜截面一,,,样品(Crosssection)先把生长了LN薄膜的硅片沿硅片的(011)晶面切成0.smm的小条,,用环氧树脂把硅片有薄膜面对粘然后从侧面双面研磨到几十微米后抛光再用GATANPI
7、PS离子减薄仪双面减薄,工作电压为4kV,制作电镜平面样品时,从Si衬底一侧单面研、.一.,Phi磨抛光再单面离子减薄在hPsPCAPD上进行XRD分析3结果和讨论,..,“1对60C衬底温度生长的LN薄膜进行XRD相分析如图在20为6910位置是Si,“,,衬底的(004)衍射峰在20为38.9位置是LN的(006)衍射峰在测量的角度范围内没月,J,0o51(加月).l、一习办。协u钾LN(006,‘lo20304050607080o281‘)图1在51(001)衬底上生长的LN薄膜的XR
